便携式血液净化装置研究进展

于 飞，熊锡山，王汉斌

便携式血液净化装置研究进展

于 飞，熊锡山，王汉斌

便携式血液净化装置；技术要求；研究进展

血液净化技术包括血液透析（HD）、腹膜透析（PD）及衍生出的连续性肾脏替代治疗（CRRT）、血液灌流（HP）或吸附、血浆分离等后续性衍生技术。血液净化的治疗疾病范围也已延伸至多种非肾脏疾病，如危重病患者多脏器功能障碍（MODS）、中毒、自身免疫性疾病、代谢性疾病等。但是，血液净化并非完全的生理性肾替代治疗，而且传统的血液净化装置体型笨重不适合移动。便携式血液净化装置的出现使透析摆脱对医院的依赖，使患者更容易耐受体内液体和毒素的波动[1]，这样极大降低了相关并发症的发生率[2]。同时，轻便耐磨的机器适用于在特定环境如地震灾难、海洋和中毒事故现场开展救治。目前，便携式血液净化装置包括便携式血液透析装置、腹膜透析装置、连续性肾脏替代治疗装置和植入式人工肾。

1 便携式血液净化装置的技术要求

1.1 开发出适合的血管通路 便携式血液净化装置的患者活动能力增强，导管感染和管路凝血是需要解决的首要问题。因此，导管的形状、使用的生物材料以及穿出皮肤处的设计均需要进一步革新[3]。

1.2 开发以患者为主导的控制系统 目前的血液净化机都配有一个小型化的可视检测平台，包括血液和透析液的流速监测、漏血与气泡监测、电池电量监测等，某项数据出现异常时发出警报给医师。而便携式血液净化装置必须将医院主导的控制系统转变为以患者为主导的控制系统。患者可以家庭护理，甚至是自己护理，从而减少对透析中心的需求，使大型医院只需要扮演咨询中心的角色，以及在开始进行治疗及并发症的管理上提供帮助[4]。

1.3 透析膜应当更接近人体肾脏的功能 家用便携式血液净化装置透析机中的血液流速低于100 ml/min，每天至少使用12 h以上。较低的血流速度增加了血液与滤过膜的接触时间，血液净化过程中的代谢物质将会沉积并分层，长此以往滤过膜的透析效率将大大降低[5-6]。同时，目前的滤过膜孔径大小不一，中分子物质的清除能力不高。开发一种能模拟肾脏滤过、重吸收甚至分泌功能的透析膜是解决问题的最好方法。

1.4 机器必须脱离电源插座 通常来说，医用设备的电源应当具备可靠性、安全性、性能的可预测性、高能量密度和高功率。目前的可充电锂电池满足上述要求，但是一旦小型化将大大降低它的使用寿命[7]。解决上述问题的方法可能包括使用燃料电池、核能甚至将患者平时运动中的动能转化成电池电源[8]。

1.5 透析液必须可再生利用 透析液量必须尽可能小，这就要求透析液可以再生利用的。早在20世纪70年代，一种叫透析再循环系统（REDY）的装置在血液透析实验中取得了良好的结果[9]。然而，早期的REDY存在很多问题，比如，铝中毒、酸中毒、透析液中含锆及成本不具备竞争力等。现在由于REDY不断改进，上述问题已经得到解决。虽然钠作为交换离子不断从REDY的吸附柱中释放，致使透析液里的钠离子浓度缓慢增加，但是这种情况可以通过数学模型精确预测并及时干预[10]。

1.6 透析装置必须是可携带的 可携带的透析装置可以使患者在一定范围内自由活动，正常生活。因此，其设计必须轻便和人性化，与人体高度相适应，还应尽可能减少他人的注意。

综上所述，便携式血液净化装置除了需要考虑其临床可行性，还涉及多个方面，包括技术及社会经济问题。便携式血液净化装置首先应是小巧轻便的，这样才能不会限制患者的活动；其次是价格便宜，这样有需要的人才可以得到治疗；最后是操作方便的，这样才能在透析患者当中得到普及。

2 便携式血液净化装置的研究进展

2.1 便携式血液透析装置 慢性肾脏病血液透析患者常规接受每周3次，每次3～4 h的透析治疗。然而，越来越多的证据表明增加透析频率，延长透析时间有利于改善患者的生活质量，并有可能增加预期寿命[11]。CRRT机可以提供每周7天，每天24 h的持续性血液透析。但是CRRT机不适合治疗慢性肾脏病患者，原因为：（1）机器体积庞大，且通过插座获取电力，患者必须卧床无法正常工作生活；（2）全天的护理也增加了医务人员的工作量；（3）透析需要大量的透析液；（4）治疗费用太过昂贵[12]。Gura设计的可穿戴带式血液透析装置，是一种小型化的CRRT机，其总重量仅为5 kg。WAK的技术特点是：（1）使用一种高通量聚砜透析器，其重量不足100 g；（2）一种含有脲酶、药用炭、氧化锆和磷酸锆的透析液再生装置；（3）双向微型泵[13]。患者可以由本地动静脉瘘或者中心静脉导管连接透析器，使用普通肝素抗凝。透析期间患者可以走动、睡眠和饮食饮水不受控制[14]。

2.2 便携式腹膜透析装置 传统的腹膜透析操作简单应用范围广，不需要特殊的设备，患者在家即可进行，且不需要全身应用抗凝药。但是，腹膜透析专用的导管在换液时须和透析袋连接，故有腹腔感染的风险。便携式腹膜透析装置通过再生透析液减少透析液的交换来降低感染的发生率[15]。Ronco设计维琴察便携式腹膜透析装置（ViWAK）[16]。它包括：（1）双腔腹膜透析管；（2）微型旋转泵；（3）透析液再生系统；（4）排气灭菌装置；（5）手持遥控器。双腔腹膜透析管，包括一个腹膜透析液流出道和一个腹膜透析液流入道。腹膜透析液流出道与微型泵相连，其后腹膜透析液再生系统，再生系统后连接腹膜透析液流入道，通过掌上计算机可以遥控这些装置。腹膜透析液再生系统是一个防水单元，其中有药用炭、聚苯乙烯纤维树脂罐和一个有脱气及除菌作用的滤器。透析液再生装置可以再生水和蛋白质：再生水中，碳酸氢盐代替了乳酸盐，使得pH更接近生理水平；再生的蛋白成分重输回腹腔减轻了蛋白的丢失增加超滤。便携式腹膜透析装置减少了患者透析的次数和透析液的用量，患者也仅需在清晨和傍晚进行二次透析液的置换，其余时间可以正常工作生活。

2.3 便携式连续性肾脏替代治疗（CRRT）装置

（1）简易多样式血液净化泵组合。CRRT技术在救治危重患者伴多脏器衰竭发挥了重要的作用。但我国CRRT设备主要为进口，价格昂贵耗材费用高，基层医院一般无力购买足够的设备。因此一旦发生群体性中毒事件，伤员将无法得到全部救治，且传统的CRRT机不便于在现场开展救治。采用组合输液泵与单机血泵组合进行连续性血液透析。治疗过程中，置换液流量、透析液流量、加温器温度和滤出液流量等根据临床需要设定[17]。在溶质清除方面与多功能血液净化机效果相接近[18]。但是，简易多样式血液净化泵组合还存在一些不足，如液体平衡需手工控制和计量，置换液加温亦需人工进行，治疗全程需专人看护。然而，在实践中不断地摸索和总结经验，这些问题将会得到完善和解决。（2）便携式连续性血液净化机（MCBPM）。目前市场上连续性血液净化机其体积庞大笨重，机器本身对平稳性要求较高，无法在行驶的救护车上、海船上、飞机上及地震现场等实施连续性血液净化治疗，以致伤员得不到及时救治，出现严重的并发症，病死率增高。一种能够在各种复杂而不稳定的特殊环境（包括震动，晃动，摇摆等）中使用的连续性血液净化设备，便携式连续性血液净化机[19]。该机充分考虑使用环境和使用条件的需求，整个机器只有30 kg，外形尺寸为220mm×50Omm×500mm。该机完全具备现有连续性血液净化机的功能，其设计理念具有以下创新点：在MCBPM系统中，完全没有称重装置，全部改成容积测量装置，既减少了体积又使系统能工作在特殊环境中；系统触摸屏由市场上机器的15 in改为8 in彩色，系统整机宽度减少将近一半；把通常在外部加热的装置转移到系统内，并把加热器设计成双层4段加热，使加热效率提高3倍。

2.4 植入式血液净化装置 目前，对于慢性肾衰竭的患者主要有两种治疗方法，一种是肾器官移植，缺乏足够的肾源是一个制约因素；另一种方法就是长期持续地进行血液的透析滤过，每周2～3次，虽然明显改善了肾衰竭患者的预后，但它仅仅代替了肾脏的滤过功能，而不能完成内分泌、代谢、自身调节等多种功能[20]。寻找一种能完全模拟生理性肾功能的治疗方法，是未来血液净化的发展趋势。肾单位是构成肾脏的基本单位，它包括肾小球和肾小管。植入式血液净化装置是基于硅纳米材料、肾小管细胞辅助设备和微电子技术的基础上研发而成。两个串联的硅纳米膜分别模拟肾小球和肾小管的功能，依次进行工作。肾小管细胞辅助设备是用肾小管的细胞填充肾脏辅助装置，可以模拟人类肾小管的分泌功能；微电子技术缩小了设备的体积，使得更加容易植入人体。能够提高30ml/min的肾小球滤过率，而每周3次的传统血液透析所能提供的肾小球滤过率只是它的一半[21]。临床试验证实，这种设备具有生存力、持久性、安全性和功能性，且硅纳米膜成本较低能够实现低成本的大批量生产[22]。

随着新材料技术和纳米技术的发展成熟，未来便携式血液净化装置将会拥有以下特点：（1）轻便耐磨，更加符合人体工程学要求；（2）价格合理患者可以负担得起；（3）拥有简易的操作系统[23]。未来，便携式血液透析不仅可以用于慢性肾病和充血性心力衰竭的个体治疗，还可以用于灾害救援。灾害发生后，便携式血液净化装置可以在极端环境（缺乏水源、电力和技术人员）中提供及时的连续性治疗，为急重症患者的转移争取时间。

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（收稿：2013-08-05 修回：2013-09-15 编校：齐 彤）

TH 789

A

2095-3496（2013）04-0267-03

100071 北京，军事医学科学院全军中毒救治中心（于 飞，熊锡山，王汉斌）

王汉斌，E-mai l：hanbin62616@yahoo.com.cn